核磁共振(nmr)指紋識(shí)別的制作方法
【專利說(shuō)明】核磁共振（NMR)指紋識(shí)別
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用 本申請(qǐng)要求于2012年9月19日提交的序列號(hào)為13/623, 104的美國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先 權(quán)，該申請(qǐng)的主題以其整體通過(guò)引用包含于此。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)磁共振（MR)脈沖序列包括準(zhǔn)備階段、等待階段和獲取階段，這些階段被構(gòu)造 為產(chǎn)生信號(hào)，能夠從該信號(hào)形成圖像。準(zhǔn)備階段確定何時(shí)能夠獲取信號(hào)并且確定獲取的信 號(hào)的性質(zhì)。例如，第一脈沖序列可被設(shè)計(jì)為在第一回聲時(shí)間（TE)產(chǎn)生Tl加權(quán)信號(hào)，而第二 脈沖序列可被設(shè)計(jì)為在第二TE產(chǎn)生T2加權(quán)信號(hào)。然而，尤其當(dāng)在多個(gè)脈沖序列上混合時(shí)， 許多準(zhǔn)備和許多短等待能夠合計(jì)達(dá)長(zhǎng)的時(shí)間以收集數(shù)據(jù)集。這些傳統(tǒng)脈沖序列通常被設(shè)計(jì) 為提供定性結(jié)果，其中利用突出特定參數(shù)（例如，Tl弛豫、T2弛豫）的各種加權(quán)或?qū)Ρ全@取 數(shù)據(jù)。
[0003] 傳統(tǒng)MR獲取包括準(zhǔn)備/等待/獲取脈沖序列的許多重復(fù)。例如，第一脈沖序列可 被應(yīng)用許多次以針對(duì)感興趣體積（RoI)中的所有體素獲取Tl加權(quán)信號(hào)，并且然后第二脈沖 序列可被應(yīng)用許多次以針對(duì)RoI中的所有體素獲取T2加權(quán)信號(hào)?？赡茈y以登記（例如，調(diào) 準(zhǔn)）來(lái)自這兩次獲取的信號(hào)。
[0004] 當(dāng)產(chǎn)生MR圖像時(shí)，可由放射科醫(yī)生和/或外科醫(yī)生觀察MR圖像，放射科醫(yī)生和/ 或外科醫(yī)生針對(duì)特定疾病簽名解釋定性圖像。放射科醫(yī)生可檢查在多個(gè)成像平面中獲取的 多個(gè)圖像類型（例如，Tl加權(quán)、T2加權(quán)）以進(jìn)行診斷。檢查定性圖像的放射科醫(yī)生或其他 個(gè)體可能需要特定技能以便能夠針對(duì)不同時(shí)期、針對(duì)不同機(jī)器并且針對(duì)不同機(jī)器結(jié)構(gòu)評(píng)估 變化。因此，圖像僅實(shí)際上等于圖像解釋者，并且所有基于圖像（例如，定性）的診斷最終 是主觀的。
[0005] 從不同視點(diǎn)來(lái)看，傳統(tǒng)MR使用精確準(zhǔn)備時(shí)間創(chuàng)建精確準(zhǔn)備條件，所述精確準(zhǔn)備條 件方便在精確時(shí)間點(diǎn)從精確位置獲取精確信號(hào)以形成不精確的定性數(shù)據(jù)集。傳統(tǒng)MR嘗試 強(qiáng)迫掃描的內(nèi)容（例如，水、脂肪）在某些時(shí)間發(fā)射某些信號(hào)并且隨后從這些信號(hào)重構(gòu)數(shù) 據(jù)。不管這些缺點(diǎn)如何，傳統(tǒng)MR已很好地為臨床界服務(wù)許多年。
[0006] Twieg提出了一種包括壓縮感測(cè)的方案，其中信號(hào)的模型被用于減少重構(gòu)參數(shù)映 射圖并且隨后重構(gòu)圖像所需的數(shù)據(jù)的總量。類似地，Doneva等人提出了隨機(jī)欠采樣以實(shí)現(xiàn) 壓縮感測(cè)。在Doneva方案中，像素將會(huì)代表它的真實(shí)信號(hào)演進(jìn)加上來(lái)自其他像素的混疊信 號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，混疊將會(huì)僅看起來(lái)好像是在像素的附加噪聲。該噪聲將不會(huì)具有結(jié) 構(gòu)并且將不會(huì)與真實(shí)信號(hào)演進(jìn)相關(guān)。Doneva方案方便執(zhí)行相對(duì)簡(jiǎn)單的處理（比如，正交匹 配追蹤（OMP))以解析正確信號(hào)從而支持圖像重構(gòu)。OMP假設(shè)存在預(yù)期信號(hào)演進(jìn)的約束詞 典。OMP將接收的信號(hào)與信號(hào)的詞典進(jìn)行比較以識(shí)別最有可能來(lái)自于像素的信號(hào)。
[0007] Twieg, Parsing local signal evolution directly from a single-shot MRI signal: a new approach for fMRI，Magn Reson Med 2003，Nov; 50(5): 1043-52描述一 種通過(guò)從信號(hào)編碼檢索來(lái)執(zhí)行單次激發(fā)參數(shù)評(píng)估的單次激發(fā)MRI方法。Twieg方法放棄在 傳統(tǒng)MRI方法中使用的基本簡(jiǎn)化假設(shè)，即局部固有信號(hào)在信號(hào)獲取期間不改變它的幅度或 相位，但這些改變可能很大，尤其是在單次激發(fā)圖像獲取中使用的較長(zhǎng)時(shí)間段期間。Twieg 意識(shí)到發(fā)生局部衰變和相位演進(jìn)，并且因此將每個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)建模為來(lái)自（k，t)空間而非k 空間的采樣。Twieg采用這樣的觀點(diǎn)：每個(gè)數(shù)據(jù)在也反映另一屬性（例如，弛豫、衰變）的 (k，t)空間中具有它自己的位置，其中t是過(guò)去的時(shí)間。盡管Twieg期待由于新的信號(hào)模 型而導(dǎo)致的提高的準(zhǔn)確性和健壯性，但密集的重構(gòu)計(jì)算限制了 Twieg的進(jìn)展。
[0008] Doneva 等的 Compressed sensing reconstruction for magnetic resonance parameter mapping, Magnetic Resonance in Medicine(第 64 卷、第 4 期、第 1114 - 1120 頁(yè)、2010年10月）意識(shí)到：人體中的不同組織能夠通過(guò)它們的固有MR參數(shù)（包括質(zhì)子密 度、縱向（T1，自旋--點(diǎn)陣）弛豫時(shí)間和橫向（T2,自旋--自旋）弛豫時(shí)間）在MRI中被 區(qū)分。Doneva應(yīng)用學(xué)習(xí)的詞典以使數(shù)據(jù)稀疏化，并且然后將基于模型的重構(gòu)用于MR參數(shù)映 射。Doneva識(shí)別出"能夠評(píng)估異構(gòu)體素中的多個(gè)弛豫分量"。然而，Doneva使用依賴于庫(kù)的 基于成像的方案，在一個(gè)例子中，該庫(kù)的曲線能夠由下面形式的方程描繪： SE = I - 2e喪 其中： SE是彳目號(hào)演進(jìn)， t是時(shí)間，并且 Tx是單弛豫參數(shù)。
[0009] 在另一更一般的例子中，Doneva使用依賴于庫(kù)的基于成像的方案，該庫(kù)的曲線能 夠由下面的方程描繪： SE = A + Be^t7c 其中A是常數(shù)，B是常數(shù)，t是時(shí)間，并且C是單弛豫參數(shù)。
[0010] Doneva將接收信號(hào)演進(jìn)與存儲(chǔ)在庫(kù)中的曲線進(jìn)行模式匹配。
[0011] Doneva庫(kù)局限于理想化的單弛豫參數(shù)曲線，因?yàn)闇?zhǔn)備是特定的并且由這樣的事實(shí) 約束，即Doneva最終從獲取的數(shù)據(jù)重構(gòu)圖像。因此，t的任何變化看起來(lái)好像是恒定的或 線性的，并且《的任何變化也看起來(lái)好像是恒定的或線性的。
[0012] Twieg和Doneva看起來(lái)好像局限于僅突出一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)的傳統(tǒng)成像序列。就 Twieg或Doneva使用任何定量序列而言，這些序列包括產(chǎn)生具有不同性質(zhì)的不同組織之間 的對(duì)比的激發(fā)和準(zhǔn)備方案。然而，該準(zhǔn)備隨著時(shí)間過(guò)去而衰退，直至不再能夠獲取有用的信 息，除非重復(fù)準(zhǔn)備。例如，在大約4-5秒之后，經(jīng)受為Tl對(duì)比設(shè)計(jì)的反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列的組織將 會(huì)恢復(fù)到它們的平衡狀態(tài)并且將不會(huì)再產(chǎn)生信號(hào)。這個(gè)短的時(shí)間限制損害執(zhí)行三維成像、 移動(dòng)目標(biāo)的成像等等的能力。另外，Twieg和Doneva看起來(lái)好像還局限于一次獲取與一個(gè) 弛豫參數(shù)關(guān)聯(lián)的信息。Twieg和Doneva看起來(lái)好像適合收集關(guān)于Tl弛豫、T2弛豫或Tl和 T2的一個(gè)固定組合的信息，但不同時(shí)收集關(guān)于二者的信息。就Twieg和Doneva能夠獲取關(guān) 于Tl和T2的信息而言，通過(guò)該獲取，對(duì)任一個(gè)的靈敏度將會(huì)是恒定的。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 被并入本說(shuō)明書中并且構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分的附圖表示各種示例性系統(tǒng)、方法 和本發(fā)明的各種方面的其他示例性實(shí)施例。將會(huì)理解，附圖中的示出的元件邊界（例如，方 框、一組方框或其他形狀）代表邊界的一個(gè)例子。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)理解，在一些例 子中，一個(gè)元件可被設(shè)計(jì)為多個(gè)元件或者多個(gè)元件可被設(shè)計(jì)為一個(gè)元件。在一些例子中，示 出為另一元件的內(nèi)部部件的元件可被實(shí)現(xiàn)為外部部件，并且反之亦然。另外，可能未按照比 例繪制元件。
[0014] 圖1圖示出包含兩個(gè)共振品種的體積。
[0015] 圖2圖示出從兩個(gè)共振品種接收的兩個(gè)個(gè)體NMR信號(hào)和從該兩個(gè)個(gè)體NMR信號(hào)獲 得的信號(hào)演進(jìn)。
[0016] 圖3將傳統(tǒng)序列塊與示例性序列塊進(jìn)行比較和對(duì)比。
[0017] 圖4圖示出與NMR指紋識(shí)別關(guān)聯(lián)的示例性方法。
[0018] 圖5圖示出與NMR指紋識(shí)別關(guān)聯(lián)的示例性方法。
[0019] 圖6圖不出與NMR指紋識(shí)別關(guān)聯(lián)的不例性設(shè)備。
[0020] 圖7圖不出與NMR指紋識(shí)別關(guān)聯(lián)的不例性設(shè)備。
[0021] 圖8圖示出被構(gòu)造為執(zhí)行NMR指紋識(shí)別的MR設(shè)備。
[0022] 圖9圖示出另一組示例性序列塊。
[0023] 圖IOa-IOb圖示出示例性磁共振指紋識(shí)別（MRF)序列模式。圖IOa圖示出示例性 獲取序列圖。圖IOb表示FA和TR模式的例子。
[0024] 圖Ila-Ilc圖示出示例性信號(hào)性質(zhì)和匹配結(jié)果。圖Ila圖示出與四個(gè)普通腦組織 對(duì)應(yīng)的仿真信號(hào)演進(jìn)曲線。圖Ilb圖示出獲取的信號(hào)演進(jìn)曲線的一個(gè)例子及其與詞典的比 較。圖Ilc圖示出從匹配算法得到的Tl和T2值。
[0025] 圖12a_12d圖示出與匪R指紋識(shí)別關(guān)聯(lián)的示例性活體結(jié)果。圖12a圖示出Tl映 射圖（ms)，圖12b圖示出T2映射圖（ms)，圖12c圖示出偏共振映射圖（Hz)，并且圖12d圖 示出得到的質(zhì)子密度映射圖。
[0026] 圖13圖示出被構(gòu)造為將獲取的信息與參考信息進(jìn)行比較的設(shè)備